kvm虛擬化之IO虛擬化
阿新 • • 發佈：2019-02-09
（文章來自作者維護的社群微信公眾號【虛擬化雲端計算】）
QEMU-KVM作為一個VMM提供了全虛擬化環境，guest不經過任何修改就能執行在KVM環境中。不過KVM在IO虛擬化方面，使用QEMU純軟體的方式來模擬IO裝置，效率並不高。在KVM中，要想提高IO虛擬化的效率，就要使用半虛擬化的方式：virtio。簡單介紹全虛擬化和半虛擬化 在全虛擬化 中，guest作業系統執行在VMM之上，並不知道它已被虛擬化，不需要任何更改就可以工作。相反，在半虛擬化中，guest作業系統不僅知道它執行在 VMM上，還需要做修改來對接VMM的程式碼。 在全虛擬化中，VMM必須模擬裝置硬體，儘管這種模擬很徹底很乾淨，但它效率低程式碼最複雜。在半虛擬化模式中，guest和 VMM共同合作，模擬更加高效。 
IO半虛擬化virtio guest和host使用使用virtio前後端的技術減少了guest IO時的VM Exit（guest和host的上下文切換）並且使guest和host能並行處理IO來提高throughput和減少latency。但是IO的路徑並沒有比全虛擬化技術減少。下面是virtio的IO路徑： guest在IO請求時，首先guest需要切換到host kernel，然後host kernel會切換到hyperisor來處理guest的請求，hypervisor通過系統呼叫將資料包傳送到外部網路後切換回host kernel，然後再切換回guest。這個長IO路徑和全虛擬化時相同的，只是減少了VM exit和VM entry。 
下面這張圖（來自intel）介紹了vhost工作原理：
vhost-user vhost-user和vhost類似，只是使用一個使用者態程序vhost-user代替了核心中的vhost模組。vhost-user程序和Guset之間時通過共享記憶體的方式進行資料操作。vhost-user相對與vhost架構，把virtio驅動後端驅動從核心態又放回到了使用者態中（vhost-user程序充當virtiO後端驅動）。下面這張圖（來自intel）介紹了vhost-user的工作原理：
總結 io虛擬化經歷了從全虛擬化io到半虛擬化virtio。半虛擬化的後端驅動又經歷了從VMM中到核心中，從核心中到使用者空間中的過程。============================================================關注微信公眾號【虛擬化雲端計算】，閱讀更多虛擬化雲端計算知識，純技術乾貨更新不停。
QEMU-KVM作為一個VMM提供了全虛擬化環境，guest不經過任何修改就能執行在KVM環境中。不過KVM在IO虛擬化方面，使用QEMU純軟體的方式來模擬IO裝置，效率並不高。在KVM中，要想提高IO虛擬化的效率，就要使用半虛擬化的方式：virtio。簡單介紹全虛擬化和半虛擬化 在全虛擬化 中，guest作業系統執行在VMM之上，並不知道它已被虛擬化，不需要任何更改就可以工作。相反，在半虛擬化中，guest作業系統不僅知道它執行在 VMM上，還需要做修改來對接VMM的程式碼。 在全虛擬化中，VMM必須模擬裝置硬體，儘管這種模擬很徹底很乾淨，但它效率低程式碼最複雜。在半虛擬化模式中，guest和 VMM共同合作，模擬更加高效。
IO半虛擬化virtio guest和host使用使用virtio前後端的技術減少了guest IO時的VM Exit（guest和host的上下文切換）並且使guest和host能並行處理IO來提高throughput和減少latency。但是IO的路徑並沒有比全虛擬化技術減少。下面是virtio的IO路徑： guest在IO請求時，首先guest需要切換到host kernel，然後host kernel會切換到hyperisor來處理guest的請求，hypervisor通過系統呼叫將資料包傳送到外部網路後切換回host kernel，然後再切換回guest。這個長IO路徑和全虛擬化時相同的，只是減少了VM exit和VM entry。下面這張圖（來自intel）介紹了vhost工作原理：vhost-user vhost-user和vhost類似，只是使用一個使用者態程序vhost-user代替了核心中的vhost模組。vhost-user程序和Guset之間時通過共享記憶體的方式進行資料操作。vhost-user相對與vhost架構，把virtio驅動後端驅動從核心態又放回到了使用者態中（vhost-user程序充當virtiO後端驅動）。下面這張圖（來自intel）介紹了vhost-user的工作原理：總結 io虛擬化經歷了從全虛擬化io到半虛擬化virtio。半虛擬化的後端驅動又經歷了從VMM中到核心中，從核心中到使用者空間中的過程。============================================================關注微信公眾號【虛擬化雲端計算】，閱讀更多虛擬化雲端計算知識，純技術乾貨更新不停。